花崗巖蝕變帶硐室施工支護方案

黃超群 薛東旭 張振鸞

（中國水電顧問集團中南勘測設(shè)計研究院 長沙市 410014） （山東魯泰煤業(yè)有限公司 濟寧市 272000）

花崗巖蝕變帶巖體是指原巖在晚期侵入的花崗巖熱液作用下經(jīng)蝕變后形成的巖體。花崗巖蝕變帶巖體強度低，其中蒙脫石化蝕變巖中的蒙脫石具有吸水膨脹特點，可使結(jié)構(gòu)緊密的蝕變巖松裂崩解。加之后期花崗巖侵入蝕變帶內(nèi)，受多次構(gòu)造作用及巖漿侵入影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎，巖體多呈松散碎石角礫、粉砂土狀，穩(wěn)定性極差。

我國幅員遼闊、地形復雜、地質(zhì)多變，花崗巖侵蝕蝕變問題十分常見，尤其是在我國南方地區(qū)分布很廣，江西、福建、廣東、湖南、湖北、安徽、浙江及云南、廣西、四川等省（區(qū)）均有分布。

蝕變花崗巖遇水軟化膨脹導致巖體結(jié)構(gòu)破壞，在這種條件下的蝕變花崗巖的力學性質(zhì)參數(shù)明顯降低，其變形模量、單軸飽和抗壓強度及抗剪強度指標大致相當于強風化花崗巖體水平。蝕變現(xiàn)象不僅直接影響庫岸邊坡及地下洞室圍巖的穩(wěn)定性，而且影響支護結(jié)構(gòu)的耐久性，因此，花崗巖蝕變帶內(nèi)硐室施工要采取積極的防護措施，保障施工安全，確保工程巖體支護結(jié)構(gòu)的可靠性。

1 工程概況

平江抽水蓄能電站位于湖南省平江縣福壽山鎮(zhèn)境內(nèi)，距省會長沙132km，距平江縣城39km，距福壽山鎮(zhèn)11km。電站上水庫位于汨羅江福壽山國家級風景名勝區(qū)和福壽山省級森林公園內(nèi)，下水庫位于汨羅江福壽山國家級風景名勝區(qū)內(nèi)，上、下水庫壩址直線距離約3.0km，均有公路通過，且上、下水庫之間有公路相連，交通方便。電站裝機容量3200 MW，調(diào)節(jié)庫容1311萬m3，上下水庫輸水系統(tǒng)長3680m,可利用水頭約700m。該電站建成后可以很好地承擔系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)，成功解決華中、湖南電網(wǎng)季不均衡負荷問題，保證電網(wǎng)安全運行，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

工程區(qū)隸屬揚子準地臺江南臺背斜湘東斷褶拗陷帶，位于燕山早期連云山花崗巖體邊緣地帶，地質(zhì)條件較為復雜，巖石以較堅硬～堅硬的塊狀二長花崗巖為主，弱風化及其以下巖石強度較高～高，巖體完整性一般較好，但巖體差異風化較明顯（如球狀風化、槽狀風化等），巖體蝕變較普遍，巖體蝕變主要沿斷裂結(jié)構(gòu)面、流線流面及巖脈發(fā)育，主要表現(xiàn)為高嶺土化、綠泥石化等蝕變現(xiàn)象，蝕變巖體卸荷裸露后具有膨脹、崩解特性。

工程區(qū)內(nèi)布置勘探平硐4個，勘探平硐的主要工作量為洞室開挖2780m左右，其中上水庫3條平硐（PD1：220m，PD2：280m，PD3：280m），下水庫廠房平硐 PD4：2000m。上水庫 3條平硐（PD1、PD2、PD3）擬定開挖斷面為2m×2m（寬×高），呈拱門型。下水庫廠房平硐PD4擬定開挖斷面為2.8m× 3m（寬×高），呈拱門型。

2 勘探平硐蝕變段分布

根據(jù)工程物探地震剖面勘探資料統(tǒng)計（表1），工程區(qū)巖(土)體地震波波速(Vp)：下水庫關(guān)門石壩址庫底洪積物（650～1800）m/s，除關(guān)門石壩址庫底洪積物外的覆蓋層和全風化巖體 （350～1200）m/s，強風化巖體（1500～2700）m/s，弱風化及其以下巖體一般大于4000m/s，斷層帶及巖體蝕變帶(弱風化巖體內(nèi))一般介于（1600～3500）m/s之間。

我們對上水庫進/出水口PD3勘探平洞已掘進洞段進行巖體地震波連續(xù)測試，測試成果整理見表2。從表2可看出，洞深（0～51）m的洞口段巖體風化、蝕變嚴重，巖體波速極低，但較穩(wěn)定，縱、橫波波速平均值分別517m/s和207m/s。洞深（51～98）m結(jié)構(gòu)面及流線流面部位巖體波速低～較低，且中（高）、低波速或相間分布，其中洞深（51～86）m段波速較低，縱、橫波波速平均值分別2050m/s和908m/s，結(jié)構(gòu)面及流線流面部位縱波波速1500m/s左右；洞深（86～98）m段縱、橫波波速平均值分別3300m/s和1612m/s，結(jié)構(gòu)面及流線流面部位縱波波速3000m/s左右。

表1 工程區(qū)巖(土)體地震波波速統(tǒng)計表

表2 PD3平硐地震波測試成果表

3 蝕變段施工支護方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和多年小洞室掘進經(jīng)驗，認為勘探平硐開挖中遇花崗巖蝕變帶（如PD3）不良地質(zhì)段時，開挖掘進視地層復雜程度應分別采用小導管預注漿、管棚支護、鋼格柵支護、掛網(wǎng)噴混凝土施工方案進行（附圖），以確保開挖安全、穩(wěn)定。

附圖 勘探平硐花崗巖蝕變段開挖支護縱剖面圖

方案具體內(nèi)容如下：

（1）小導管預注漿。小導管采用Φ40mm鋼管制作，導管前端加工成圓錐形并予以封焊嚴實；管身設(shè)若干溢漿孔，孔徑Φ6～Φ12mm；孔距（20～30）cm，按梅花形排列；后端1m范圍不設(shè)溢漿孔，管尾設(shè)一加固環(huán)，并保持管身順直。

小導管預注漿施工工藝流程為：布孔→鉆孔→插管→注漿。

① 布孔：小導管一般設(shè)計在洞腰線以上，間距（20～30）cm。

② 成孔：成孔采用手風鉆成孔，鉆孔直徑 Φ46 mm。

③ 插管：對準鉆孔插入小導管，必要時使用風動推進器將導管推入，導管尾端外露長度為30cm。

④ 注漿：注漿漿液采用0.5∶1～1∶1純水泥濃漿或水泥——水玻璃雙液漿；注漿壓力為（0.3～0.5）MPa；注漿結(jié)束條件可根據(jù)灌入量來確定，其灌入量將根據(jù)導管密度和地層空隙率計算確定。

（2）管棚支護。管棚管采用長（6～8）m，直徑（F89～F108）mm的地質(zhì)鋼管；采用地質(zhì)坑道風動潛孔鉆機鉆孔，孔向沿洞壁周邊造外插角為10°～12°，深（5～7）m。洞頂部位孔距為10 cm、兩側(cè)墻為50cm，外露1m。灌注水泥濃漿或砂漿，充滿鋼管及周圍的空隙。支立好鋼格柵，作為管棚的外側(cè)支點。每次開挖進尺（0.8～1.5）m，兩次開挖后，進行第二段管棚支護。

（3）鋼格柵支護。每榀鋼格柵由4根Φ25鋼筋成正方形布置，中間點焊Φ50架管組成。鋼格柵的縱向間距為0.1m；兩榀鋼格柵之間應設(shè)置直徑25 mm的鋼拉桿，間距為0.5m。鋼格柵裝設(shè)在設(shè)計斷面以外，緊靠洞室圍巖。

（4）施工過程中加強變形監(jiān)測，在進行鋼格柵支護后視情況再進行掛網(wǎng)噴混凝土支護。

此外，由于山體內(nèi)水量豐富，為降低水壓力，在漏水洞段兩側(cè)各布置兩排L=1.5m排水孔，埋設(shè)PVC管。同時因為排水量大，洞底為花崗巖蝕變帶，還在底板澆筑C15混凝土，設(shè)排水溝。

4 結(jié) 語

花崗巖蝕變帶巖體強度低、遇水軟化膨脹導致巖體結(jié)構(gòu)破壞，不僅直接影響庫岸邊坡及地下洞室圍巖的穩(wěn)定性而且影響支護結(jié)構(gòu)的耐久性。花崗巖蝕變帶內(nèi)硐室施工要根據(jù)地層復雜程度采取積極的防護措施，保障施工安全，確保工程巖體支護結(jié)構(gòu)的可靠性。

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